МОДЕЛИРОВАНИЕ СТАТИЧЕСКИХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ПОТЕРЬ В MOSFET-КЛЮЧАХ

Рассмотрены вопросы моделирования потерь в MOSFET-ключах из библиотеки программы Electronics Workbench (EWB) и оптимизации режима работы силового ключа. Использование программы схемотехнического моделирования EWB позволило получить ряд важных фактов, которые необходимо учитывать при проектировании устройств силовой электроники и, в частности, источников вторичного электропитания радиоэлектронных средств. Показано, что мощность статических потерь зависит от сопротивления канала открытого транзистора, тока через транзистор, коэффициента заполнения импульса и не зависит от тока затвора. В то же время мощность динамических потерь при включении транзистора зависит от тока затвора и при увеличении тока - снижается. При токе затвора (драйвера) более 0.6 А снижение потерь незначительно, и оптимально выбирать драйвер с выходными токами более 0.6 А, но это справедливо лишь для исследованного транзистора IRF1010N. В схемах построения MOSFET-ключей на других транзисторах оптимальный выходной ток драйвера может отличаться. Мощность динамических потерь при выключении транзистора не зависит от тока затвора, но это справедливо только в данной схеме, так как разряд емкости затвора происходит через резистор с фиксированным значением сопротивления ключа. Обычно в схеме управления выходной каскад выполняется по двухтактной схеме и имеет одинаковое выходное сопротивление для втекающего и вытекающего выходного тока драйвера, физические процессы включения и выключения практически идентичны, так что и количественные результаты должны быть близки. Моделирование MOSFET-ключа в программе EWB дает адекватные результаты определения параметров силовых транзисторов, которые согласуются с данными, приведенными в Datasheet, что позволяет моделировать потери ключа и минимизировать их при любой нагрузке.

моделирование, статические потери, динамические потери, сопротивление канала открытого транзистора, входная емкость, эффект Миллера, коммутационные потери, схемотехническое моделирование, драйвер, общий заряд затвора, время включения, время выключения

1. Дьяконов В.П., Максимчук А.А., Ремнев А.М., Смердов В.Ю. Энциклопедия устройств на полевых транзисторах. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2009. 512 с.

2. Семенов Б.Ю. Силовая электроника: профессиональные решения. М.: СОЛОН-ПРЕСС, 2011. 416 с.

3. Дьяконов В.П. Физическое моделирование схем на полевых транзисторах в Simulink и SimElectronics // Компоненты и технологии. 2011. № 11. С. 162-171.

4. Зиновьев Г.С. Силовая электроника: Учебное пособие для бакалавров. М.: Юрайт, 2012. 671 с.

5. Бабенко В.П., Битюков В.К. Особенности моделирования MOSFET-ключей в ELECTRONICS WORKBENCH // Учебный эксперимент в образовании. 2017. № 3 (83). С. 76-88.

6. Бабенко В.П., Битюков В.К. Методические особенности компьютерного моделирования ШИМ-контроллеров // учебный эксперимент в образовании. 2015. № 2 (74). С. 60-74.

7. Бабенко В.П., Битюков В.К. Особенности моделирования драйвера двигателя в системе Electronics Workbench // Учебный эксперимент в образовании. 2015. № 4 (76). С. 60-75.

8. Битюков В.К., Симачков Д.С. Источники вторичного электропитания: Учебник. М.: Инфра-Инженерия, 2017. 326 с.

9. Бабенко В.П., Битюков В.К., Симачков Д.С. Схемотехническое моделирование DC/ DC преобразователей // Информационно-измерительные и управляющие системы. 2016. Т. 14. № 11.С. 69-82.

10. Бабенко В.П., Битюков В.К. Измерение заряда затвора для ключей на мощных MOSFET транзисторах // В сб.: Современные проблемы профессионального образования: опыт и пути решения. Материалы второй Всерос. научно-практ. конф. с междунар. участием. Иркутск, 2017. С. 37-41.

11. Бабенко В.П., Битюков В.К. Методические особенности разработки модели электродвигателя в системе EWB // Российский технологический журнал. 2015. № 2 (7). С. 53-66.

12. Lakkas G. MOSFET power losses and how they affect power-supply efficiency // Texas Instruments, Analog Applications Journal. 1Q. 2016. Р. 22-28. http://www.ti.com/lit/an/slyt664/slyt664.pdf

13. Laszlo Balogh. Fundamentals of MOSFET and IGBT Gate Driver Circuits Texas Instruments. Application Report SLUA618.March 2017.RevisedSLUP169April 2002. 47 с. http://www.ti.com/lit/ml/slua618/slua618.pdf

14. Ремнев А.М., Смердов В.Ю. Анализ силовых ключей импульсных источников питания // Схемотехника. 2001. № 6. С. 8-16.

15. Болтовский Ю., Тоназлы Г. Некоторые вопросы моделирования систем силовой электроники // Силовая электроника. 2006. № 4. С. 78-83.

16. Бабенко В.П., Битюков В.К., Симачков Д.С. Схемотехническое моделирование устройства контроля положения привода в пространстве // Электромагнитные волны и электронные системы. 2016. Т. 21. № 4. С. 11-19.

17. Битюков В.К., Власюк Ю.А., Петров В.А., Федоров Е.И. Лабораторный практикум по дисциплине «Физические основы преобразовательной техники». М.: МИРЭА, 2003. 155 с.

18. Конюшенко И. Основы устройства и применения силовых МОП-транзисторов (MOSFET) // Силовая электроника. 2011. № 2. С. 10-14.

19. Бабенко В.П., Битюков В.К. Методические особенности моделирования привода в системе EWB // В сб.: Фундаментальные и прикладные проблемы физики: сб. научных трудов по материалам IX Междунар. научно-техн. конф. Саранск. 2015. С. 301-307.

20. Белоус А.И., Ефименко С.А., Турцевич А.С. Полупроводниковая силовая электроника. М.: Техносфера, 2013. 216 с.